李 鵬， 李 洋， 高 毅， 于少輝， 李應(yīng)飛

(中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司地下空間設(shè)計(jì)研究院， 河南 鄭州 450016)

0 引言

隨著我國城市基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，地鐵、下穿通道、綜合管廊等地下市政工程大量出現(xiàn)，盾構(gòu)法和頂管法作為修建地下工程常用的方法已被廣泛運(yùn)用。但是，傳統(tǒng)的盾構(gòu)法和頂管法通常采用圓形斷面、單線結(jié)構(gòu)，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代城市地下空間開發(fā)的復(fù)雜施工條件的要求。筆者團(tuán)隊(duì)在某地下停車場項(xiàng)目中進(jìn)行了“CC工法”(機(jī)械暗挖結(jié)構(gòu)分割轉(zhuǎn)換工法)的工業(yè)性試驗(yàn)。該工法基于頂管法，結(jié)合了多種工法的優(yōu)勢，將大斷面地下工程分割成若干個(gè)小斷面隧道，采用矩形頂管機(jī)進(jìn)行零間距施工，然后拆除臨時(shí)支撐，形成大跨度地下空間結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行頂管隧道掘進(jìn)施工時(shí)，必然會引起周圍土體的擾動(dòng)。而對于淺埋零間距矩形頂管頂進(jìn)施工來說，隧道埋深較淺，且周圍土體要受到多次連續(xù)擾動(dòng)，土體受力情況及變形情況更加的復(fù)雜。

近年來，已有學(xué)者針對大斷面矩形頂管施工對地表變形的影響、擾動(dòng)規(guī)律及控制措施開展了大量研究。文獻(xiàn)[1-2]采用Peck公式計(jì)算了矩形頂管在施工階段引起的地表沉降量； 文獻(xiàn)[3-5]采用理論分析、數(shù)值計(jì)算和現(xiàn)場監(jiān)測等手段，分析了矩形頂管施工對周圍環(huán)境的影響及地層位移的變化規(guī)律； 文獻(xiàn)[6-8]對頂管施工擾動(dòng)規(guī)律和力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了研究； 文獻(xiàn)[9]對軟土地區(qū)矩形頂管施工地表變形控制措施進(jìn)行了探討。

已有研究成果多集中于單條頂管隧道施工和大間距并行頂管隧道施工引起的地表變形研究，針對多條淺埋矩形頂管隧道密貼施工對上部土體擾動(dòng)影響及后成隧道對先行隧道覆土的擾動(dòng)影響的研究較少。因此，本文根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，通過對“CC工法”頂管隧道施工過程中地表實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合線性回歸分析等方法，對淺埋零間距矩形頂管掘進(jìn)施工的地表變形規(guī)律進(jìn)行研究，并對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，嘗試提出相關(guān)修正參數(shù)對傳統(tǒng)Peck沉降公式進(jìn)行修正，分析本項(xiàng)目地表變形的影響因素和施工中采取的控制措施，為后續(xù)相關(guān)研究提供數(shù)據(jù)支持，也為類似工程項(xiàng)目施工提供參考。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)

某地下停車場試驗(yàn)項(xiàng)目，在建地下車庫規(guī)模為34.2 m×85.8 m(寬×長)，地下單層6跨結(jié)構(gòu)，建筑面積約3 288 m2，設(shè)計(jì)停車位99個(gè)。場地地下水位埋深約18 m，地層主要由人工填土、粉砂、粉土、粉質(zhì)黏土組成，主要巖土參數(shù)見表1。

表1 地層主要巖土參數(shù)

1.2 施工過程

“CC工法”沿用了傳統(tǒng)暗挖工法“分割—合并”的原理，先將大斷面地下工程分割成統(tǒng)一斷面的頂管隧道群，分別進(jìn)行頂進(jìn)施工，然后采用特制的“型鋼-混凝土”混合管片進(jìn)行襯砌施工。隧道群施工完成后，拆除臨時(shí)型鋼管片，將隧道群合并，形成大型地下空間。具體施工過程見圖1。

(a) 1#洞施工完成

(b) 2#洞施工完成

(c) 綁扎鋼筋完成1#、2#洞梁柱施工

(e) 拆除1#、3#洞鋼管節(jié)并完成節(jié)點(diǎn)處理，4#洞施工完成

(f) 拆除2#、4#洞鋼管節(jié)并完成節(jié)點(diǎn)處理，5#洞施工完成

(g) 拆除3#、5#洞鋼管節(jié)并完成節(jié)點(diǎn)處理，6#洞施工完成

(h) 拆除4#、6#洞鋼管節(jié)并完成節(jié)點(diǎn)處理，7#洞施工完成

(i) 拆除5#、7#洞鋼管節(jié)并完成節(jié)點(diǎn)處理

(j) 完成鋪裝層施工

Fig.1 Construction process of pipe jacking tunnel constructed by CC method

本項(xiàng)目采用1臺機(jī)頭長4.7 m，斷面尺寸為5 m×5.7 m的矩形組合式頂管機(jī)頂推中間5跨，然后將頂管機(jī)改裝成2臺斷面尺寸為5 m×2.85 m的矩形頂管機(jī)，再分別由東至西頂進(jìn)其余2個(gè)邊跨。

1.3 測點(diǎn)布置

地表沉降測點(diǎn)布置如圖2所示，在地表頂管隧道橫斷面方向布置15個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，測點(diǎn)橫向間距為2.85 m；延頂管隧道掘進(jìn)方向每6 m布置一個(gè)斷面，共11個(gè)斷面，形成地表沉降監(jiān)測網(wǎng)，確保頂管隧道施工安全。本項(xiàng)目地表沉降監(jiān)測頻率為1次/d，根據(jù)規(guī)范要求和施工場地周邊實(shí)際情況，頂管施工地表沉降控制值為30 mm、報(bào)警值為24 mm，若地表沉降值過大，可適當(dāng)增加監(jiān)測頻率。

(a) 橫斷面

(b) 縱斷面

2 “CC工法”頂管隧道施工地表沉降規(guī)律

2.1 覆土擾動(dòng)工況分類

本工程采用“CC工法”施工，包括零間距、不間斷施工5條大斷面矩形頂管隧道和2條小斷面矩形頂管隧道。在整個(gè)施工過程中，隧道覆土受到施工的擾動(dòng)，可分為3種類型，見表2。

表2隧道覆土擾動(dòng)工況分類

Table 2 Classification of disturbance conditions of tunnel cover soil

工況類型隧道編號緊前隧道影響緊后隧道影響影響時(shí)間影響程度11#無有最長較高22#—5#有有長 高 36#、7#有無短 低

1)類型1： 首先施工完成的隧道，在掘進(jìn)施工時(shí)隧道頂部覆土為原狀土，未受到施工擾動(dòng)，只受隧道自身掘進(jìn)施工的影響。在2#—7#隧道施工過程中，其頂部覆土可能受到后續(xù)隧道掘進(jìn)施工的連續(xù)擾動(dòng)。

2)類型2： 在掘進(jìn)施工時(shí)，緊鄰的先行隧道已施工完成，其頂部覆土已受到先行隧道的施工擾動(dòng)，而且還要受到隧道自身施工和后續(xù)隧道施工的影響。

3)類型3： 最后施工完成的隧道，位于主體結(jié)構(gòu)兩側(cè)，其頂部覆土受到緊鄰先行隧道和隧道自身施工的擾動(dòng)。

本節(jié)以6#橫斷面(距始發(fā)洞門30 m，距接收洞門31.5 m)地表監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究1#—4#隧道施工時(shí)的地表變形規(guī)律，5#—7#隧道工況與先行完成隧道的工況相同，不進(jìn)行單獨(dú)討論。

2.2 1#隧道施工地表變形分析

圖3示出1#隧道掘進(jìn)施工過程中6#監(jiān)測斷面的地表變形曲線。圖3(a)示出頂管機(jī)自左向右逐漸接近并通過測點(diǎn)8-6過程中測點(diǎn)的變形曲線；圖3(b)示出地表橫向變形曲線。

由圖3可以看出：

1)在頂管機(jī)刀盤接近監(jiān)測斷面的過程中，1#隧道軸線上方測點(diǎn)呈現(xiàn)出先隆起后下沉的趨勢；在刀盤通過監(jiān)測斷面后，測點(diǎn)短時(shí)間繼續(xù)下沉，然后出現(xiàn)回彈，最終趨于穩(wěn)定。

2)刀盤距監(jiān)測斷面11 m處地表出現(xiàn)隆起，在10 m處隆起達(dá)到最大值3 mm，然后隨著刀盤的推進(jìn)地表隆起逐漸減小，在距測點(diǎn)斷面8 m處轉(zhuǎn)為下沉，刀盤到達(dá)測點(diǎn)斷面時(shí)地表沉降量為12 mm。

3)刀盤到達(dá)監(jiān)測斷面后，隨著刀盤的推進(jìn)，地表沉降值逐漸增大，在通過測點(diǎn)斷面5 m后沉降量達(dá)到最大值16 mm；然后隨著頂管機(jī)的推進(jìn)，地表沉降量出現(xiàn)回彈，最后在刀盤通過測點(diǎn)斷面后10 m處趨于平穩(wěn)，基本穩(wěn)定在12 mm左右。

4)在1#隧道掘進(jìn)施工過程中，橫向地表變形曲線與Peck曲線基本吻合。地表沉降最大值在隧道軸線上部，最大沉降量為16 mm；然后隨著頂管機(jī)的推進(jìn)，地表沉降值出現(xiàn)回彈，最終穩(wěn)定在12 mm左右；隧道兩側(cè)的2#、3#隧道頂部部分覆土受到擾動(dòng)，但2#、3#隧道軸線測點(diǎn)基本未受到影響。

(a) 8-6測點(diǎn)變形曲線

(b) 監(jiān)測斷面橫向地表變形曲線 (沉降槽橫斷面)

Fig.3 Surface deformation curves of #6 monitoring cross-section during construction of #1 tunnel

2.3 2#隧道施工地表變形分析

由于“CC工法”頂管隧道施工為零間距密貼施工，從1#隧道掘進(jìn)施工的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，在掘進(jìn)過程中，2#、3#隧道頂部部分覆土受到擾動(dòng)。

2.3.1 變形曲線分析

圖4示出2#隧道掘進(jìn)施工過程中6#監(jiān)測斷面的地表變形曲線。

由圖4可以看出：

1)在頂管機(jī)刀盤接近監(jiān)測斷面的過程中，2#隧道軸線上方測點(diǎn)呈現(xiàn)出先隆起后下沉的趨勢；在刀盤通過監(jiān)測斷面后，測點(diǎn)短時(shí)間繼續(xù)下沉，然后出現(xiàn)回彈，最終趨于穩(wěn)定。

2)刀盤距監(jiān)測斷面15 m處地表出現(xiàn)隆起，在10 m處隆起達(dá)到最大值6 mm，然后隨著刀盤的推進(jìn)地表隆起逐漸減小，在距測點(diǎn)斷面6 m處轉(zhuǎn)為下沉，刀盤到達(dá)測點(diǎn)斷面時(shí)地表沉降量為18 mm。與1#隧道相比，地表最大隆起量增大3 mm。

3)刀盤到達(dá)監(jiān)測斷面后，隨著刀盤的推進(jìn)，地表沉降值逐漸增大，在通過測點(diǎn)斷面7.5 m后沉降量達(dá)到最大值22.5 mm；然后隨著頂管機(jī)的推進(jìn)，地表沉降量出現(xiàn)回彈，最后在刀盤通過測點(diǎn)斷面后15 m處趨于平穩(wěn)，基本穩(wěn)定在20 mm左右。

4)掘進(jìn)完成后，2#隧道與1#隧道的沉降槽疊加，最終沉降槽寬度為19.5 m。

(a) 6-6測點(diǎn)變形曲線

(b) 監(jiān)測斷面橫向地表變形曲線 (沉降槽橫斷面)

Fig.4 Surface deformation curves of #6 monitoring cross-section during construction of #2 tunnel

2.3.2 對先行隧道地表變形影響分析

圖5示出1#、2#隧道掘進(jìn)完成前后地表變形擾動(dòng)對比。

(a) 1#隧道8-6測點(diǎn)變形曲線對比

(b) 橫向地表變形對比

Fig.5 Comparison of surface deformation before and after tunneling of #1 and #2 tunnel

由圖5可以看出：

1)1#隧道軸線上方測點(diǎn)受到2#隧道施工影響，沉降量隨著刀盤推進(jìn)增大，最大值為21 mm，然后略有回彈，最終穩(wěn)定在20 mm左右，最大沉降量比1#隧道掘進(jìn)時(shí)增加6 mm、增量為37.5%，穩(wěn)定后的沉降量比1#隧道掘進(jìn)時(shí)增加8 mm、增量為67%。

2)2#隧道掘進(jìn)過程中，沉降槽與1#隧道沉降槽相互疊加，寬度為19.5 m。2#隧道軸線左側(cè)影響范圍寬度為5.7 m，右側(cè)影響范圍寬度為8.5 m。

3)2#隧道掘進(jìn)過程中，與1#隧道之間形成變形疊加區(qū)域，疊加區(qū)域?qū)挾葹?.5 m。

2.4 3#隧道施工地表變形分析

2.4.1 變形曲線分析

圖6示出3#隧道掘進(jìn)施工過程中6#監(jiān)測斷面地表變形曲線。

(a) 10-6測點(diǎn)變形曲線

(b) 監(jiān)測斷面橫向地表變形曲線 (沉降槽橫斷面)

Fig.6 Surface deformation curves of #6 monitoring cross-section during construction of #3 tunnel

由圖6可以看出：

1)在3#隧道掘進(jìn)過程中，隨著刀盤接近監(jiān)測斷面，3#隧道軸線上方測點(diǎn)呈現(xiàn)先隆起后下沉的趨勢，與1#、2#隧道規(guī)律相同。

2)刀盤距監(jiān)測斷面15 m處地表出現(xiàn)隆起，在10 m處隆起達(dá)到最大值5.5 mm，然后隨著刀盤的推進(jìn)地表隆起逐漸減小，在距測點(diǎn)斷面6 m處轉(zhuǎn)為下沉，刀盤到達(dá)測點(diǎn)斷面時(shí)地表沉降量為15.7 mm。

3)刀盤到達(dá)監(jiān)測斷面后，隨著刀盤的推進(jìn)，地表沉降值逐漸增大，在通過測點(diǎn)斷面5 m后沉降量達(dá)到最大值23.7 mm；然后隨著頂管機(jī)的推進(jìn)，地表沉降量出現(xiàn)回彈，最后在刀盤通過測點(diǎn)斷面后10 m處趨于平穩(wěn)，基本穩(wěn)定在20 mm左右。

2.4.2 對先行隧道地表變形影響分析

圖7示出2#、3#隧道掘進(jìn)完成前后地表變形擾動(dòng)對比。

(a) 1#隧道8-6測點(diǎn)變形曲線對比

(b) 2#隧道6-6測點(diǎn)變形曲線對比

(c) 橫向地表變形對比

Fig.7 Comparison of surface deformation before and after tunneling of #2 and #3 tunnel

由圖7可以看出：

1)3#隧道掘進(jìn)時(shí)，1#隧道軸線上測點(diǎn)受到施工影響，變形量比1#、2#隧道施工時(shí)增大，最大沉降量為26.1 mm，最后穩(wěn)定在23.5 mm左右。最大沉降量比2#隧道施工時(shí)增大4.1 mm，增量為19%；穩(wěn)定后沉降量比2#隧道施工時(shí)增大3.5 mm，增量為17.5%。

2)2#隧道軸線上方測點(diǎn)基本不受3#隧道掘進(jìn)影響，在3#隧道施工期間，沉降量基本穩(wěn)定在21 mm左右。

3)隨著3#隧道的掘進(jìn)，沉降槽與1#、2#隧道沉降槽疊加后，寬度為25 m。3#隧道軸線左側(cè)影響范圍寬度為5.8 m，右側(cè)影響范圍寬度為10 m，較2#隧道影響范圍略有擴(kuò)大。

4)3#隧道掘進(jìn)過程中，與已完成隧道之間變形疊加區(qū)域?qū)挾葹?0 m，比2#隧道形成的變形疊加區(qū)增大1.5 m，增量為17.6%。

2.5 4#隧道施工地表變形分析

2.5.1 變形曲線分析

圖8示出4#隧道掘進(jìn)施工過程中6#監(jiān)測斷面地表變形曲線。

(a) 4-6測點(diǎn)變形曲線

(b) 監(jiān)測斷面橫向地表變形曲線 (沉降槽橫斷面)

Fig.8 Surface deformation curves of #6 monitoring cross-section during construction of #4 tunnel

1)在4#隧道掘進(jìn)過程中，隨著刀盤接近監(jiān)測斷面，4#隧道軸線上方測點(diǎn)呈現(xiàn)先隆起后下沉的趨勢，與1#、2#、3#隧道規(guī)律相同。

2)刀盤距監(jiān)測斷面12.5 m處地表出現(xiàn)隆起，在7.5 m處隆起達(dá)到最大值4.6 mm，然后隨著刀盤的推進(jìn)地表隆起逐漸減小，在距測點(diǎn)斷面3 m處轉(zhuǎn)為下沉，刀盤到達(dá)測點(diǎn)斷面時(shí)地表沉降量為12.2 mm。

3)刀盤到達(dá)監(jiān)測斷面后，地表沉降值逐漸增大，在通過測點(diǎn)斷面5 m后沉降量達(dá)到最大值22.1 mm；然后隨著頂管機(jī)的推進(jìn)，地表沉降量出現(xiàn)回彈，最后在刀盤通過測點(diǎn)斷面后15 m處趨于平穩(wěn)，基本穩(wěn)定在19 mm左右。

2.5.2 對先行隧道地表變形影響分析

圖9示出3#、4#隧道掘進(jìn)完成前后地表變形擾動(dòng)對比。

1)1#隧道軸線上方測點(diǎn)基本不受3#隧道掘進(jìn)影響，在4#隧道施工期間，基本穩(wěn)定在23 mm左右。

2)4#隧道掘進(jìn)時(shí)，2#隧道軸線上測點(diǎn)受到施工影響，變形量比1#、2#、3#隧道施工時(shí)增大，最大沉降量為26.5 mm，最后穩(wěn)定在23 mm左右。最大沉降量比2#隧道施工時(shí)增大4 mm，增量為18%；穩(wěn)定后沉降量比2#隧道施工時(shí)增大3 mm，增量為15%。

3)隨著4#隧道的掘進(jìn)，沉降槽與已完成隧道沉降槽疊加后，寬度為33 m。4#隧道軸線左側(cè)影響范圍寬度為6.5 m，右側(cè)影響范圍寬度為10.5 m，與3#隧道基本相同。

4)4#隧道掘進(jìn)過程中，與已完成隧道之間變形疊加區(qū)域?qū)挾葹?0.5 m，與3#隧道形成的變形疊加區(qū)寬度基本相同。

(a) 1#隧道8-6測點(diǎn)變形曲線對比

(b) 2#隧道6-6測點(diǎn)變形曲線對比

(c) 橫向地表變形對比

Fig.9 Comparison of surface deformation before and after tunneling of #3 and #4 tunnel

2.6 監(jiān)測結(jié)果對比

通過對比以上地表變形監(jiān)測數(shù)據(jù)得出：

1)在頂管隧道施工過程中1#—4#隧道軸線上部測點(diǎn)都呈現(xiàn)出先隆起后下沉的趨勢。

2)在隧道掘進(jìn)施工過程中，會與已完成隧道之間產(chǎn)生地表變形疊加區(qū)。其中，2#隧道變形疊加區(qū)寬度為8.5 m，3#隧道變形疊加區(qū)寬度為10 m，4#隧道變形疊加區(qū)寬度為10.5 m。

3)2#、3#隧道掘進(jìn)過程中，1#隧道軸線測點(diǎn)受到擾動(dòng)，沉降量相比緊前隧道施工時(shí)分別增大6 mm和3.5 mm，增量分別為37.5%、17.5%； 4#隧道施工過程中，1#隧道測點(diǎn)沉降值穩(wěn)定在23 mm左右，基本未受施工影響?？梢钥闯?，2#、3#、4#隧道掘進(jìn)對1#隧道地表變形的影響程度逐漸減小。

分析原因： 首先，由于隧道主體結(jié)構(gòu)位于粉土地層，土體黏聚力差、變形模量小，在一次施工擾動(dòng)后，土體發(fā)生變形破壞，已經(jīng)處于彈塑性狀態(tài)，甚至塑性狀態(tài)，因此后續(xù)擾動(dòng)導(dǎo)致的土體變形較??；其次，施工過程中通過同步注漿、控制出渣量等措施，有效控制了后續(xù)隧道掘進(jìn)對已完成隧道覆土的擾動(dòng)；最后，隨著已完成隧道軸線逐漸遠(yuǎn)離施工擾動(dòng)區(qū)，上部覆土受到的影響逐漸減小。

3 基于實(shí)測數(shù)據(jù)的Peck公式擬合與修正

目前，國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)法預(yù)測地表沉降最常用的公式是Peck經(jīng)驗(yàn)公式。

(1)

i=kH。

(2)

式(1)—(2)中：S(x)為地表沉降量；i為沉降槽寬度；Vi為單位長度地表損失量；x為沉降點(diǎn)位置；H為隧道軸線埋深；k為根據(jù)施工區(qū)域地質(zhì)條件選取的沉降槽寬度系數(shù)。

但是，該公式存在一定的局限性，要根據(jù)不同地區(qū)、不同工程條件對其適用性進(jìn)行修正。

3.1 基于實(shí)測數(shù)據(jù)擬合的Peck公式

根據(jù)工程概況資料與現(xiàn)有文獻(xiàn)資料，取k=0.85、地層損失率1%進(jìn)行計(jì)算，單個(gè)頂管區(qū)間寬度為5.7 m、高度為5 m，代入式(1)和式(2)計(jì)算得距離隧道軸線x處地表沉降計(jì)算公式為：

(3)

本文采用最小二乘法對1#隧道施工橫向沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸模型的擬合。

式(1)兩邊取以e為底的對數(shù)，即

Y=aX+b。

(4)

將1#隧道橫斷面地表沉降數(shù)據(jù)代入式(4)計(jì)算相關(guān)參數(shù)，得到擬合公式為：

Y=0.12X+2.81。

將計(jì)算結(jié)果代入式(1)，變換后可得：

(5)

Peck公式計(jì)算沉降值與實(shí)測數(shù)據(jù)擬合計(jì)算沉降值如圖10所示，可以看出Peck公式計(jì)算沉降值與實(shí)測數(shù)據(jù)擬合計(jì)算數(shù)值偏差較大，因此，用來預(yù)測本項(xiàng)目矩形頂管隧道地表沉降不夠準(zhǔn)確。

圖10 Peck公式計(jì)算與實(shí)測數(shù)據(jù)擬合地表沉降曲線對比

Fig.10 Comparison between surface settlement curve calculated by Peck formula and that by measured data

3.2 Peck公式修正

本文嘗試對地表沉降經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行修正，因此引入地表損失量修正系數(shù)φ及沉降槽寬度修正系數(shù)θ，代入式(1)即

(6)

將實(shí)測沉降數(shù)據(jù)擬合公式(5)與Peck經(jīng)驗(yàn)公式(1)進(jìn)行對比，計(jì)算得出： 地表損失量修正系數(shù)φ≈0.42，沉降槽寬度修正系數(shù)θ≈1.13。

把修正系數(shù)代入式(6)計(jì)算得到隧道地表最大沉降量Smax=16.62 mm，但是從上文實(shí)測地表沉降數(shù)據(jù)可以看出，2#隧道及后續(xù)隧道施工過程中地表最大沉降量大于16.62 mm，主要原因是密貼矩形頂管隧道群施工時(shí)，相鄰隧道間頂部覆土存在變形疊加區(qū)，導(dǎo)致實(shí)際地表沉降量比理論計(jì)算值大。因此，采用雙線隧道沉降預(yù)測公式對修正系數(shù)的適用性進(jìn)行驗(yàn)證。

由于相鄰隧道采用零間距施工，將2條沉降曲線進(jìn)行疊加，則距離雙線隧道中心線處的沉降

(7)

將各參數(shù)代入式(7)計(jì)算得到的沉降曲線與實(shí)測地表沉降曲線如圖11所示。

圖11 雙線隧道地表沉降曲線對比

Fig.11 Comparison of surface settlement curves between double line tunnels

由圖11可以看出，修正公式計(jì)算最大沉降量為20.23 mm，實(shí)測最大沉降量為20.89 mm，偏差為3.2%，偏差率較小，預(yù)測數(shù)據(jù)較為可靠，修正系數(shù)選取較為合適。

但是，上文提出的地表損失量修正系數(shù)φ及沉降槽寬度修正系數(shù)θ的值是根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)際地質(zhì)條件、工程情況，通過計(jì)算得出的，由于項(xiàng)目樣本數(shù)量、地質(zhì)條件等因素的限制，得出的結(jié)論具有一定的局限性，修正參數(shù)的選取還需進(jìn)行更深入的研究。

4 “CC工法”頂管隧道施工地表變形影響因素及控制措施

4.1 “CC工法”頂管隧道施工地表變形影響因素

通過對本項(xiàng)目施工過程中獲得的經(jīng)驗(yàn)和存在的問題進(jìn)行總結(jié)和分析，得出“CC工法”頂管隧道施工地表沉降影響因素主要包括以下幾個(gè)方面。

1)地質(zhì)條件。本項(xiàng)目頂管隧道覆土主要為中密粉土層，部分地層中存在粉砂夾層，土體黏聚力差，韌性和干強(qiáng)度低，在頂管施工中易受到擾動(dòng)，導(dǎo)致地表出現(xiàn)隆起或沉降變形。

2)隧道埋深。本項(xiàng)目頂管隧道埋深為3 m，覆跨比僅為0.52，周邊土體對隧道上方覆土的約束力較弱，施工中表現(xiàn)出的地表變形也更為劇烈。且根據(jù)高毅等[10]提出的背土效應(yīng)的受力計(jì)算模型，當(dāng)隧道覆土承受的摩阻力超出土體的約束力時(shí)，隧道覆土?xí)殡S管節(jié)整體位移產(chǎn)生突發(fā)破壞現(xiàn)象，產(chǎn)生背土效應(yīng)。

3)隧道間距?！癈C工法”采用零間距密貼頂管隧道施工，相比傳統(tǒng)并行頂管施工，沉降槽疊加范圍更大，且隧道頂部覆土受到多次擾動(dòng)，會加劇地表變形破壞程度。

4)斷面形式?！癈C工法”為了方便相鄰隧道管節(jié)之間的接頭處理，管節(jié)角部未設(shè)置倒角，不利于同步注漿漿液的擴(kuò)散，不易形成完整的泥漿套，可能影響注漿減摩的效果。

4.2 “CC工法”頂管隧道施工地表沉降控制措施

本項(xiàng)目“CC工法”頂管隧道施工過程中，除了采取同步注漿控制[11-12]、土艙壓力控制[13]、出土量控制等傳統(tǒng)地表變形控制方法以外，還針對項(xiàng)目特點(diǎn)提出以下控制措施。

4.2.1 防漏漿措施

本項(xiàng)目頂管隧道管節(jié)采用型鋼-混凝土混合管，管節(jié)需分別進(jìn)行預(yù)制，然后在施工現(xiàn)場進(jìn)行拼裝成環(huán)，要嚴(yán)格控制管節(jié)拼裝質(zhì)量，保證頂進(jìn)過程中管節(jié)受力均勻，防止接縫開裂造成的漏漿現(xiàn)象。

項(xiàng)目施工中，在加強(qiáng)管節(jié)拼裝質(zhì)量控制、設(shè)置傳統(tǒng)三元乙丙橡膠止水帶的同時(shí)，在管節(jié)接縫處設(shè)置遇水膨脹止水帶和外貼止水卷材，如圖12所示，提高管節(jié)的防水性能。

(a) 設(shè)置遇水膨脹止水帶

(b) 設(shè)置外貼止水卷材

4.2.2 頂管機(jī)改造

在隧道施工過程中，為防止發(fā)生背土現(xiàn)象對周圍土體產(chǎn)生破壞及掌子面超挖導(dǎo)致的地表沉降，對頂管機(jī)進(jìn)行改造，在刀盤上方增加帽檐，設(shè)置防背土裝置，如圖13所示，對施工中土體變形起到了良好的控制效果。

圖13 防背土裝置

4.2.3 頂管姿態(tài)預(yù)調(diào)整

由于頂管機(jī)刀盤和機(jī)體較重，始發(fā)過程中容易出現(xiàn)“低頭”的情況。本項(xiàng)目在施工時(shí)對始發(fā)姿態(tài)進(jìn)行了調(diào)整，使機(jī)體適當(dāng)“抬頭”，其坡度比隧道設(shè)計(jì)坡度大0.2%。在掘進(jìn)過程中，對頂管姿態(tài)進(jìn)行及時(shí)修正和糾偏，遵循“量小、勤糾”的原則，避免糾偏量過大，盡量減少周圍土體擾動(dòng)次數(shù)，保證相鄰隧道的覆土穩(wěn)定性。

4.2.4 加強(qiáng)施工組織

在頂管隧道施工過程中，加強(qiáng)施工組織，合理安排施工計(jì)劃，按時(shí)完成工作內(nèi)容，保證施工材料供應(yīng)，確保出渣進(jìn)度，并且做好外部協(xié)調(diào)工作，排除可能導(dǎo)致項(xiàng)目停工的隱患，保持隧道頂進(jìn)施工的連續(xù)性，減少頂管機(jī)停機(jī)時(shí)間。

4.2.5 注漿加固

針對施工過程中局部區(qū)域存在的背土、沉降等地表變形過大的現(xiàn)象，在頂管機(jī)正上方土體范圍內(nèi)布置間距1 m×1 m梅花型鉆孔，鉆孔深度為2.8 m，然后截取導(dǎo)管植入鉆孔，進(jìn)行注漿加固，提高土體的穩(wěn)定性，防止施工過程中土體的進(jìn)一步變形破壞。

通過采取以上措施，除了2#隧道頂進(jìn)施工過程中上部覆土局部出現(xiàn)背土隆起和沉降量較大的現(xiàn)象，其余隧道施工過程中上部覆土變形量均控制在25 mm以內(nèi)，取得了良好的控制效果。

5 結(jié)論與討論

本文通過對某地下停車場試驗(yàn)項(xiàng)目采用“CC工法”施工的地表變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)施工中得到的經(jīng)驗(yàn)和存在的問題，結(jié)論如下。

1)根據(jù)施工工況，將“CC工法”頂管隧道上部覆土擾動(dòng)分為3類； 在本項(xiàng)目頂管隧道掘進(jìn)施工過程中，隧道軸線測點(diǎn)變形呈先隆起后下沉的趨勢，總體呈現(xiàn)沉降的形態(tài)。地表隆起主要發(fā)生在刀盤前方8～12 m，隨著刀盤繼續(xù)推進(jìn)，地表轉(zhuǎn)為下沉，在刀盤通過測點(diǎn)5 m左右時(shí)達(dá)到最大值，然后略有回彈后逐漸穩(wěn)定，沉降量最終穩(wěn)定在25 mm左右。

2)后掘進(jìn)隧道施工會加劇先行隧道地表沉降，但沉降量增大幅度會隨著擾動(dòng)次數(shù)和與后掘進(jìn)隧道軸線距離的增加而減小。后掘進(jìn)隧道與已完成隧道間存在地表變形影響疊加區(qū)，鄰先行隧道側(cè)影響區(qū)寬度大于鄰原狀土側(cè)影響區(qū)寬度，且影響范圍寬度隨掘進(jìn)擾動(dòng)次數(shù)增加而逐漸增大。

3)對隧道橫斷面地表沉降進(jìn)行實(shí)測數(shù)據(jù)的擬合，得到適合本項(xiàng)目零間距矩形頂管隧道群的修正Peck公式。通過對比分析得出地表損失量修正系數(shù)φ取值區(qū)間為(0.37，0.45)，沉降槽寬度修正系數(shù)θ取值區(qū)間為(1.05，1.17)，并且通過驗(yàn)證得出修正公式計(jì)算最大沉降量與實(shí)測最大沉降量偏差為3.2%，偏差較小，預(yù)測數(shù)據(jù)較為可靠，修正系數(shù)選取較為合適。

4)根據(jù)本項(xiàng)目頂管隧道特點(diǎn)，總結(jié)了影響本項(xiàng)目頂管隧道施工地表變形的主要影響因素有地質(zhì)條件、隧道埋深、隧道間距、斷面形式等。在施工過程中通過采取同步注漿控制、土艙壓力控制、出土量控制、防漏漿措施、頂管機(jī)改造、頂管姿態(tài)預(yù)調(diào)整、加強(qiáng)施工組織、注漿加固等措施，取得了良好的效果，將總體地表變形量控制在25 mm以內(nèi)。

由于項(xiàng)目數(shù)量和項(xiàng)目特點(diǎn)所限，目前還缺乏對“CC工法”頂管隧道施工地表變形機(jī)制及其他地質(zhì)條件、工程特點(diǎn)下的地表變形規(guī)律和影響因素的研究。下一步將針對以上方面開展深入研究。